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Tema 5. RADIACIÓN - Notación - Conceptos y Definiciones - Potencia máxima emitida. Cuerpo negro. Emisividad. Absortividad - Coeficiente de transferencia de calor combinado ( convección + radiación ) |
ARRIBA | NOTACIÓN |
- En ESTE DOCUMENTO
la velocidad de tranferencia de calor se
denota por Q-punto que es lo mismo que. |
- OTRA NOTACIÓN
que se puede ver en otros libros o apuntes es la siguiente: |
ARRIBA | CONCEPTOS Y DEFINICIONES |
- La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas ( o fotones ) , como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. En lo que respecta a la transferencia de calor es de interés la radiación térmica o forma de radiación emitida por los cuerpos debido a su temperatura. La radiación térmica suele corresponder a la banda de frecuencias del infrarrojo. |
- Todos los cuerpos a una temperatura por encima del 0 absoluto emiten radiación térmica. La radiación es un fenómeno volumétrico y todos los sólidos, líquidos y gases emiten, absorben o reflejan radiación en diversos grados. Sin embargo la radiación térmica suele considerarse como un fenómemo superficial para los sólidos que son opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que la radiación emitida por las regiones interiores de un material de este tipo nunca puede llegar a la superficie y la radiación incidente sobres esos cuerpos suele absorberse en unas cuantas micras hacia dentro en dichos sólidos. |
- A diferencia de la conducción y la convección, la radiación no necesita un medio de transmisión y puede ocurrir en el vacío. La transferencia de calor por radiación es la más rapida, a la velocidad de la luz. No sufre atenuación en el vacío. |
ARRIBA | POTENCIA MÁXIMA EMITIDA. CUERPO NEGRO. EMISIVIDAD. ABSORTIVIDAD. |
- La
potencia máxima máxima de radiacíón
que puede ser emitida desde una superficie a una temperatura Ts se modela
mediante la Ley de Stefan-Boltzmann cuya expresión es: |
-
La radiación emitida por las superficies reales es siempre
menor que la que emitiría un cuerpo negro a la misma temperatura.
Para cuantificar la radiación emitida por una superficie real respecto
a la que emitiría el cuerpo negro se utiliza la emisividad e,
es decir, la emisividad representa la radiacion emitida por una superficie
respecto a la que emitiría el cuerpo negro:
|
-
Otra propiedad importante relativa a la radiación es la absortividad
a
que representa la fracción de radiación incidente
sobre una superficie que es absorbida por ésta. Su valor está
comprendido en el rango 0 < a<
1 . Un cuerpo negro absorbe toda la radiación
incidente sobre él, es un absorbente perfecto ( a
= 1 ) . |
- En general , tanto
la emisividad como la absortividad de una superficie dependen de su temperatura
y de la longitud de onda de la radiación. Según la Ley
de Kirchhoff de la radiación: "La emisividad y la absortividad
de una superficie a una temperatura y longitud de onda dadas son iguales". |
- Cuando una superficie de emisividad e
y área superficial As que se encuentra a una temperatura absoluta
Ts, está completamente encerrada por una superficie mucho mayor
( o negra ) que se encuentra a la temperatura absoluta Talred y separadas
por un gas ( como el aire ) que no interviene en la radiación la
rapidez neta de transferencia de calor por radiación entre estas
dos superficies se expresa por: |
ARRIBA | COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR COMBINADO ( convección + radiación ) |
- La
transferencia de calor por radiación hacia una superficie, o desde
ésta, rodeada por un gas como el aire, ocurre paralela a la convección
( o radiación si no existe movimiento macroscópico del gas
) entre la superficie y el gas. La transferencia total de calor se determina
al sumar las contribuciones de los dos mecanismos de transferencia. Con
el objeto de hacer los cálculos más sencillos en muchas
ocasiones se define el llamado coeficiente combinado de transferencia
de calor donde se incluyen los efectos simultáneos de la convección
y la radiación. Entonces, la velocidad total de transferencia
de calor hacia una superficie o desde ésta, por convección
y radiación, se expresa como:
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